余震是如何产生的?会持续多久?有规律吗?

2023-02-24 07:36:18 作者: 余震是如何产

自2023年2月6日土耳其南部靠近叙利亚的边境地区连续发生强烈地震以来,该地区就持续不断发生大大小小的余震,根据统计,到2月20日为止,余震数量已经超过6000次,即使是到了2月21日,也还在持续发生着超过6.4级的强烈余震。

△土耳其在本次地震中垮塌的建筑 图片来源:wikipedia

这些余震让人们不禁对地震的好奇更多了一点:余震是如何产生的?余震会持续多久?余震有多大的危害?

01

地震是怎么形成的?

要搞清楚余震的形成原因,首先就得搞清楚地震的成因。可能很多人都知道,地震的产生是板块运动的结果,地球表面坚硬的岩石圈(包括了整个地壳和上地幔的一小部分)并不是鸡蛋壳一样的完整的圈层,而是分裂成了15个大的板块,以及更多小的板块。

 

△地球表面分为15个大板块以及更多次级板块。制图:地星引力

这些板块如同木板漂浮在水面一样,“漂浮”在地幔之上,而地幔则是在地核这个巨大热源的驱动下做着缓慢的热对流。自然,“漂浮”在地表的板块也就会在地幔热对流的影响下产生运动,运动的结果就是板块之间相互的碰撞与分离。

所以,在板块的边界(尤其是碰撞板块的边界)处往往受到很大的力量的作用,但是由于板块内部的岩层所能受到的压力是有一个上限的,所以岩层在受到力的作用后就会破裂,并产生相对滑动,这些破裂的岩层往往呈线状或带状分布,被称为断裂带。

△板块运动原理示意图 图片来源:USGS

地震就发生在断裂带上。平时,断裂带会受到强大而缓慢的压力,由于断裂带并不是光滑的面,其间存在着强大的摩擦力,或是断裂带上存在着凸起,这些凸起如同锁扣一般锁住了断裂带,不让其轻易移动。这种强大的压力就会作用在断裂带两侧的岩层中,使其像筷子、木板一样发生变形,强大的能量就被储存在变形的岩层中。这种变形我们如今以先进的测绘技术就能检测出来——地球上绝大部分地区时时刻刻都在移动,而且科学家们已经绘出了地球上不同板块之间相互运动的速度和方向了。

虽然板块在移动,但其中大部分的位移都被岩层的变形所吸收了——坚硬的岩层就好像一个巨大的弹簧,它也能被压缩起来。但是这种压缩是有限度的,一旦超出了这个限度,岩层就会断裂,或者是岩层就会压迫着断裂带移动。一旦移动产生,岩层中的变形就会瞬间回弹恢复到未形变的样子,就好像弹簧失去束缚后回弹到原位一样。这一瞬间,被储存在变形的岩层中的能量就会释放出来以地震波的形式出现,当地震波传递到地表引起地表震动,就成了我们熟知的地震灾害。

△图片来源:(美)塞思·斯坦,(美)迈克尔·维瑟逊著. 地震学、震源及地球结构概论. 北京:科学出版社, 2020.03.

02

地震之后为什么往往会有余震?

在绝大多数情况下,大地震都不是孤立发生的。我们可以把地壳想象成一根巨大的竹片,这根竹片内部由无数纤维组成。地壳内部也是如此,它由层层叠叠的地层组成,每一个地层都有不同的物理性质,甚至在同一个地层的不同部位也有不同的物理性质。这就导致了当地壳受力的时候,其内部不同的地层对力的耐受程度是不一样的,有些地方会先受不住,有些地方则一直到最后才会断裂或移动。

我们可以用竹筷子做一个小实验,使劲掰断一根筷子,在大的破裂之前,就会听到零星的噼里啪啦的断裂声,然后才会出现最大的那一次断裂。地震的出现也类似,在大部分情况下,首先出现一系列小的地震,然后是一次主震,然后继续是一系列小地震。这种地震往往被称为前震-主震-余震型地震序列。

当然,地震序列还有其他三种类型:

1.主震-余震序列;

2.震群序列:没有特别突出的主震,而是出现一系列震级大致差不多的地震;

3.孤立型序列:出现主震(往往震级比较低)后,余震很少且强度很低。

但是有学者根据中国的地震序列统计发现,大于6级的地震序列中,主-余型地震序列(包括前-主-余型)占了大部分。

△不同类型地震序列的地震震级分布 图片来源:苏有锦,李忠华,赵小艳,刘自凤著. 全球7级以上地震序列研究. 昆明:云南大学出版社, 2014.02.

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